菊花雜交結實與種子萌發初探

張艷梅，王 希，夏伯順，趙陽陽，羅婷婷，付瀚森，羅 靖，王文恩，王彩云

(1.北京國基偉業物業管理有限公司，北京 100000；2.華中農業大學 園藝植物生物學教育部重點實驗室，湖北 武漢 430070)

1 引言

菊花(Chrysanthemummorifolium)是我國十大傳統名花之一，也是世界著名的“四大切花”之一，因其花色艷麗、花型豐富，現已成為國際花卉市場上僅次于月季的第二大重要名花[1]，有較高的經濟效益和社會效益。前人研究和實踐表明，菊花屬于雌雄同株，但存在自交不親和性現象，自交難以結實[2]，菊花雜交也存在結實率低和雜交種子萌芽率低的現象，大菊品種比小菊品種更難結實，影響育種效率[3，4]。菊花品種繁多，遺傳差異大，因此，開展多品種多組合的雜交實驗對進一步研究菊花遺傳規律和掌握菊花雜交技術多樣性具有更好的實踐意義和理論意義。本文在文獻研究與借鑒基礎上，比較了大菊與小菊雜交結實和種子萌發情況 ，旨在為今后菊花育種工作的親本選配和提高育種效率提供依據。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

(1)大菊品種控制授粉雜交：實驗在華中農業大學實習花卉基地進行。2014年11月至2015年3月進行大菊雜交實驗和種子萌發實驗。選取多年觀察能結實的12個花期較長，花期相近的優良秋菊品種(表1)，配成16個組合控制授粉(表2)，每個組合中親本各3盆，每盆3個花序。

表1 大菊控制授粉實驗供試品種一覽

(2)小菊品種控制授粉雜交：選擇‘綠叮當’與毛華菊正反交雜交控制授粉(表3)，2016年11月至2017年3月進行毛華菊(♂)ב綠叮當’(♀)人工雜交和種子萌發實驗。雜交授粉花序頭數290個。

表3 小菊控制授粉雜交試驗選用親本

(3)小菊自由混合授粉雜交：同年選取50盆生長勢良好的盆栽小菊，第二年春收獲種子并進行萌發實驗。

2.2 試驗方法

(1)大菊品種12個組成16個組合如表2所示。春季以親本為接穗，以青蒿為砧木，采用劈接法嫁接，于秋季花初開時將不同組合分別放入網箱，避免外界昆蟲傳粉干擾。大菊品種按照設計組合進行雜交，雜交采用多次割瓣、重復授粉的方法進行。花粉出現后每隔1 d在9:00～10:00鐘授粉，直至花序產粉結束。授粉結束1周左右，將植株置于通風向陽處，溫室溫度保持5～15 ℃，控制水肥管理，于翌年初進行收種，統計結實數量，呈現黑褐色且有一定硬度的被記為成熟種子。統計種子結實數。菊花種子無休眠期，種子于3月份播種于溫室，約1周左右發芽，分別統計各雜交組合種子發芽數，計算萌發率。

表2 大菊雜交親本選配組合設計一覽

(2)小菊控制授粉的雜交組合：2016年11～12月進行人工雜交，當年秋天親本花初開時將它們放入防蟲網內，以防止昆蟲傳粉。本試驗母本‘綠叮當’幾乎無管狀花，通過剪短舌瓣花露出雌性舌狀花的柱頭，提高結實力。選取‘綠叮當’植株上發育良好的花蕾，在其舌狀花展開1/3時剪去所有舌狀花花瓣的上半部分，直到可見雌蕊柱頭為止，注意不要傷及柱頭。在11～12月份天氣晴朗的在10:00～14:00間進行授粉，每個花序授粉3～5次，隔天重復授粉一次。后期植株管理與大菊雜交相同。授粉后60 d左右花序和花序梗干枯后統一收取雜交種子，干燥避光保存，后續稱百粒重、統計頭狀花序平均結實數及發芽率。 取毛華菊ב綠叮當’雜交組合的雜交種子100粒，用電子天平稱重，重復3次，取平均值即為種子百粒重。

(3)自由授粉的小菊無需人工控制昆蟲授粉。常規管理收獲種子。計算指標和方法同上。

(4)大菊親本花粉活力：采用離體萌發法測定。選取大菊雜交試驗中的10個菊花品種于晴天上午9:00左右采集花粉，采用ME3+16%PEG4000+12%蔗糖培養基，將培養基滴在載玻片上，撒播花粉后置于培養皿內培養，約1 h后觀察，花粉管長于花粉粒半徑即記為萌發，每個品種統計200粒花粉。

(5)不同播種方式和遮光處理對小菊種子萌發的影響。本實驗對自由授粉收獲的小菊種子分別進行不同播種方式(基質、培養皿)和遮光處理，研究其對菊花雜交種子萌發的影響。2016年3月8日將自然混合授粉得到的后代種子于武漢市華中農業大學園藝林學學院花卉基地的溫室大棚進行播種試驗：

對照(CK)：50粒小菊雜交種子播種到泥炭土和珍珠巖體積比1∶1的混合基質中。12 h光照/10 h黑暗，最低溫度為2～14 ℃，最高溫度為15～24 ℃。

處理1： 50粒小菊雜交種子播種到泥炭土和珍珠巖體積比1∶1的混合基質中。24h黑暗，最低溫度為2～14 ℃，最高溫度為15～24 ℃。

處理2： 100粒小菊雜交種子整齊擺放在鋪濕潤的濾紙的培養皿。14 h光照/10 h黑暗，最低溫度為20 ℃，最高溫度為25 ℃。

每天進行記錄種子發芽數，以子葉充分展開者視為正常發芽種子進行統計。當連續3 d無新萌芽種子出現即視為發芽結束。

3 結果與分析

3.1 大菊雜交組合結實與種子萌發結果

3.1.1 大菊品種雜交親本花粉活力

花粉生活力是決定雜交結實的重要因素之一[8]。從花粉活力測定結果來看，不同菊花品種花粉生活力有較大差異。如萌發率較高的品種‘岸的赤心’萌發率達80%，而較低的品種‘春水綠波’‘嫩竹玉筍’等僅為30%左右(圖1)。

圖1 不同大菊品種花粉活力比較

3.1.2 大菊雜交組合結實與萌發率

本實驗16個組合共人工授粉雜交144個花序，得到210粒種子，其中發芽數117粒，平均發芽率55.7%(表4)。

表4 雜交組合結實及發芽情況

3.1.3 大菊親本選配與雜交結實

菊花不同雜交組合結實數明顯不同，組合ZA、ZT、ZC結實數較高，而組合LC、CL、LN結實數為零，說明部分大菊品種間存在雜交障礙。菊花品種‘織女’參與雜交的4個組合結實數屬于較高的水平，而‘綠朝云’參與的4個組合結實數基本為零，說明有的品種易于雜交結實，有的品種則不易于雜交結實，雜交結實與親本自身品種特性有關。

3.1.4 大菊花粉活力與雜交結實關系

正反交組合ZA結實數高于AZ結實數，NL結實數高于LN；在同一母本的情況下，組合TF比TW結實數高，其父本‘飛燕新妝’比‘五彩鳳’花粉活力高，均說明高的花粉生活力有助于雜交結實。但是在ZC與CZ組合中，‘蒼龍爪’花粉活力較低，但ZC結實數卻較高，說明花粉活力與雜交結實之間并非簡單的正相關關系，影響雜交結實數的除了花粉活力還有其他重要因素。

3.1.5 正反交結實數差異

從雜交結實情況來看，正反交結實性差異很大。如正交組合ZA、ZC結實數較高，但其反交組合AZ、CZ結實數很低，這種正反交結實數迥異的現象與南汝斌的研究結果相似，他認為這種現象在遺傳機制上有可能是由細胞核和細胞質共同控制的，且細胞質可能占主導作用[5]。

3.1.6 親本與種子萌發率

從雜交種子萌發率來看，不同組合之間萌發率存在較大差異。如FT組合種子萌發率達到100%，而AZ組合僅為33%。

從實驗結果還可以看出，正反交組合的種子萌發率也存在差異。ZA、FT萌發率較高，而兩者的反交組合萌發率較正交組合偏低；然而在同一母本的ZA、ZA組合中，兩者的種子萌發率均為54%，同一母本的TF、TW組合萌發率也相近，這說明種子萌發率與母本關系更為密切，大概是因為受精后胚胎的發育與母本息息相關。

3.2 小菊控制授粉雜交組合結實與種子萌發結果

2016年11～12月進行毛華菊(♂)ב綠叮當’(♀)人工雜交(圖2)，授粉花序頭數290個，共收獲種子1206粒，其中管狀花結籽數為85粒，舌狀花結籽數為970粒，其余151粒不清楚。百粒重為0.436 g，頭狀花序平均結實率為4.16%。可見對于舌狀花極多而管狀花幾乎沒有的情況下，通過剪短花瓣露出舌狀花柱頭進行授粉獲得后代種子是一個極為可靠的措施。雜交種子播種后30 d統計發芽率為86.67%，待到F1代小苗長出3～4片真葉后(或者待后代株高超過20cm后)進一步統計成苗率，為71.64%，得到成苗864株。

圖2 毛華菊ב綠叮當’部分雜交種子形態

3.3 自由授粉小菊種子的萌發率

50盆露地自然混合授粉盆栽小菊得到后代雜交種子極多。可見菊花作為異花授粉植物，結實率極高。于2016年3月8日進行播種(百粒重為0.453 g)，平均發芽率為70%～80%。通過不同處理比較發現，相較于不遮光的對照組(CK)，遮光處理(處理1)的種子發芽率從76.67%降為66.67%，發芽勢從23.67%升到27.67%，萌發持續時間從15.67 d下降到8.33 d，萌發時滯有一定的升高，發芽指數有一定的降低，但總體無顯著性差異，由此也可初步判斷菊花種子萌發對光照不敏感，遮光處理影響不大，但一定光照條件可促進菊花雜交種子的萌發。

比較基質對照組(CK)與培養皿播種(處理2)，后者比前者種子發芽率高7%，達到83.67%，相比培養皿，基質中萌發時滯從9 d變成了2.33 d，萌發持續時間從6 d升到15.67 d，且發芽率、發芽勢和發芽指數分別從76.67%、23.67%和3.01±0.31升到了83.67%、37.67%、10.49±0.27。萌發時滯和發芽指數有極顯著性差異，發芽率、萌發持續時間和發芽勢有顯著性差異(表5)。因此，優良品種種子有限時可推薦使用培養皿進行播種，可提高發芽率，促進種子快速整齊萌發。

表5 不同培養播種方法和遮光處理對小菊雜交種子萌發的影響

4 討論

4.1 影響菊花雜交結實數的因素

實驗表明，大菊雜交相對較難。一方面雜交組合的親和性以及父本花粉生活力會導致雜交結實數差異，而受精后胚胎敗育是影響雜交結實數的另一大原因[6,7]。本實驗中，花粉活力高的親本有利于雜交結實，但花粉活力與雜交結實并非呈簡單的正相關關系。‘織女’用于雜交易于結實，而‘綠朝云’用于雜交不易結實；同一母本不同父本的雜交組合之間結實數也存在差異，說明結實數與親本親和性相關。

以往菊花雜交授粉數量少時習慣單株套袋隔離，會經常因為花序中水分無法散出導致花朵爛掉；本實驗無論大菊還是小菊雜交，選擇較大空間的網箱和大棚隔離，改善了通風透光環境，大規模雜交值得推廣。另外，傳統小規模雜交育種主要都是在兩性的管狀花上授粉，所以對于那些頭狀花序重瓣性高的菊花因其幾乎沒有管狀花，經常不被用來當做親本。 本實驗選擇作為母本的切花小菊‘綠叮當’管狀花數量幾乎沒有，主要都是舌狀花，通過剪短花瓣，露出舌狀花柱頭，進行授粉，獲得種子數較為可觀。可見對于舌狀花極多而管狀花幾乎沒有的情況下，通過剪短花瓣露出舌狀花柱頭進行授粉獲得后代種子是一個極為可靠地辦法。

4.2 影響菊花雜交種子萌發率的因素

不同雜交組合所獲種子的發芽率變幅較大，一方面可能是一些外觀正常的瘦果并不飽滿發育不良，造成種子數量統計時的誤差；也可能是由于親本特性或母本后期營養供應問題導致種子胚胎發育不良甚至敗育，導致種子無生活力或者活力較低。

4.3 其他影響因素

根據長期雜交與栽培經驗，影響菊花雜交結實和種子萌發率的還有諸多外界因素。雜交組合親本通過嫁接栽培可提高雜交結實數。人工雜交技術也對其有重要影響，采用重復授粉，選取上午9：00～10：00鐘花粉活力較高的時候進行授粉，有利于雜交結實；授粉結束后親本的后期管理也十分重要，通風向陽的環境，合理的水肥管理，5～15 ℃的溫室溫度均有利于胚胎的發育；花序帶株保留，翌年收種，有利于提高種子萌發率。